các phương pháp gia công tiên tiến: gia công điện hoá

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
1. Khái niệm :
Đây là phương pháp gia công đặc trưng để gia công
những bề mặt có hình dáng nhất đònh bằng phương pháp ăn
mòn điện hóa. Dùng trong khoan lỗ điện hóa hay còn gọi
là gia công điện hóa, mài điện hóa, làm sạch bavia bằng
điện hóa (hay đánh bóng điện hóa). Bản chất của phương
pháp gia công này là không có sự tác động cơ khí của
dụng cụ tới bề mặt gia công.
2. Tổng quan về phương pháp gia công điện hóa :
Phương pháp gia công điện hóa dựa trên sự hòa tan
điện cực dương trong quá trình điện hóa ( điện phân ) trong
một pin điện .
Hiện tượng điện phân là tên gọi của một quá trình xảy
ra khi một dòng điện được truyền qua hai điện cực nhúng
trong dung dòch điện phân. Hệ thống bao gồm các điện cực
và dung dòch điện phân được gọi là pin điện, phản ứng hóa
học xảy ra tại các điện cực gọi là phản ứng catot hoặc phản
ứng anot. Ví dụ một điện cực sắt được nối vào nguồn điện
một chiều và được nhúng vào dung dòch NaCl.
Một ampe kế được đặt trong mạch sẽ cho ta biết dòng
điện hiện tại. Với một trò số dòng điện xác đònh, người ta biết
được đặc tính dẫn điện của dung dòch NaCl.
Ví dụ phản ứng hòa tan sắt trong dung dòch muối ăn
(NaCl). Kết quả của quá trình điện phân:
H
2
O  H
+
+ (OH)
-

và NaCl  Na
+
+ Cl
-
Các ion âm như (OH)
-
và Cl
-
đi về phía anot, còn các ion
dương như H
+
và Na
+
thì đi về phía catot.
Tại anot: Fe  Fe
++
+ 2e
Tại catot, phản ứng tương tự tạo ra khí hro và ion hroxyl:
2H
2
O + 2e  H
2
+ 2OH
-
Kết quả là các ion này tác dụng với ion sắt để tạo thành
Fe(OH)
2
. Fe(OH)
2
có thể tác dụng một lần nữa với nước và

oxy để tạo ra Fe(OH)
3
:
4Fe(OH)
2
+ 2H
2
O + O
2


 Fe(OH)
3
.
Mặc dù được hình thành từ dung dòch điện phân, nhưng
các muối trong dung dòch không bò mất đi, chỉ một phần nước
bò phản ứng trong quá trình điện phân nhưng để giữ nồng độ
dung dòch là hằng số, cần phải thêm nước vào.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
1
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Với dung dòch điện phân tổng hợp, quá trình điện phân
là một quá trình phức tạp trong đó sắt bò hòa tan tại anot, và
khí hro được tạo ra tại catot.
Phương pháp gia công điện hóa lấy kim loại bằng cách
hòa tan anot có nhiều thuận tiện so với các phương pháp
khác. Kim loại được lấy đi tương tự như hình dáng của điện
cực dụng cụ, thậm chí có những hình dáng đặt biệt, kích
thước và bề mặt hoàn tất.
Bảng Các thông số điển hình của gia công điện hóa

Nguồn điện
Loại Một chiều
Điện thế 5 ÷ 30 V (liên tục hoặc xung)
Cường độ 50 ÷ 40,000 A
Mật độ dòng điện 10 ÷ 500 A/cm
2
Loại dung dòch điện phân
Thông dụng nhất NaCl: 60 ÷ 240 g/l
Thông dụng NaNO
3
: 120 ÷ 480 g/l
Nhiệt độ 20 ÷ 50
0
C
Tốc độ dòng/100 A 1// ph /100 A
Tốc độ 1500 ÷ 3000 m/ph
p suất đầu vào 0,15 ÷ 3 MPa
p suất đầu ra 0,1 ÷ 0,3 MPa
Khe hở làm việc 0,05 ÷ 0,3 mm
Tốc độ ăn dao 0,1 ÷ 20 mm/ph
Vật liệu điện cực đồng thau, đồng, đồng thiếc
Dung sai
Chi tiết dạng tấm 0,05 ÷ 0,2 mm
Chi tiết dạng khối 0,1 mm
Độ nhám bề mặt(Ra) 0,1 ÷ 2,5 mm
Một hệ thống gia công điện hóa bao gồm bốn thành phần chính
sau:
- Máy công cụ.
- Nguồn điện.
- Hệ thống xử lý dung dòch điện phân khép kín.

- Hệ thống điều khiển.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
2
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Các thông số hoạt động cơ bản của gia công điện hóa là:
- Điện thế làm việc dụng cụ cắt (catot) và chi tiết (anot).
- Tốc độ ăn dao.
- p suất vào và ra của dung dòch điện phân hoặc (tốc độ
dòng/100 A).
- Nhiệt độ vào của dung dòch điện phân.
- Cường độ dòng điện sử dụng trong hệ thống gia công điện
hóa phụ thuộc vào các thông số trên và kích thước của bề
mặt gia công.
Trong quá trình gia công điện hóa, sự phân bố của mật độ dòng
điện trên bề mặt anot và khe hở giữa các điện cực là rất quan
trọng, nó phụ thuộc vào các thông số trên và đặc tính điện hóa của
vật liệu chi tiết và điện cực.
Tóm lại, những đặc trưng chính của quá trình gia công điện hóa
là:
- Tốc độ gia công không phụ thuộc vào cơ tính của kim loại mà
phụ thuộc vào vật liệu chi tiết. Tốc độ thường đạt được vào
khoảng 1200÷2500mm
3
cho mỗi 1000A năng lượng cung cấp.
- Độ chính xác của gia công điện hóa phụ thuộc vào hình dạng
và kích thước của chi tiết gia công. Độ chính xác đạt được xấp
xỉ 0,05÷0,3mm nếu sử dụng dòng liên tục, 0,02÷0,05mm nếu
dùng xung.
- Độ nhám bề mặt giảm khi tăng tốc gia công (cho vật liệu điển
hình). Độ nhám bề mặt vào khoảng R

a
= 0,1÷2,5mm.
- Quá trình gia công điện hóa không tạo ra ứng suất dư trong
chi tiết sau khi gia công.
- Không có sự hao mòn điện cực (dụng cụ cắt).
- Năng lượng tiêu thụ trong quá trình gia công điện hóa khá cao
(từ 200J/mm
3
đến 600J/mm
3
), phụ thuộc vào điện thế và đặc
tính điện hóa của vật liệu chi tiết.
- Ứng dụng gia công điện hóa trong công nghiệp phải đi song
song với vấn đề môi trường.
3. Nguyên lý của quá trình gia công điện hóa :
a. Nguyên lý tạo hình điện hóa:
Quá trình gia công điện hóa là một quá trình hòa tan anot điện hóa,
trong đó một dòng điện một chiều có cường độ cao và điện áp thấp
chạy qua giữa chi tiết (được nối với cực dương) và dụng cụ điện cực
(nối với cực âm của nguồn). Hai điện cực đều được đặt trong bể
dung dòch điện phân. Tại bề mặt anot, kim loại được hòa tan vào
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
3
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
các ion kim loại và chi tiết sẽ được sao chép hình dạng của dụng cụ
điện cực.
Chất điện phân luôn luôn chảy qua khe hở điện cực với vận tốc
cao (thường lớn hơn 5m/s), mang theo các ion kim loại và giải nhiệt.
Hình Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công điện hóa
Khi đóng mạch điện và các điều kiện điện phân được chọn

hợp lý, dòng điện đi qua bể có tác dụng làm hòa tan kim loại ở anot
với một lượng được xác đònh theo đònh luật Faraday. Trong khi gia
công, thông thường điện cực được cho tiến về phía chi tiết (anot)
nhưng luôn đảm bảo tồn tại một khe hở nhỏ. Quá trình điện phân
kéo theo sự hòa tan anot và thoát khí hydro ở catot. Lượng chất kết
tủa hoặc hòa tan do điện phân tỷ lệ với lượng điện chạy qua.
Lượng các vật chất kết tủa hoặc hòa tan bằng lượng điện tương
đương, tỷ lệ với thành phần hóa trò của chúng (với hợp kim có nhiều
nguyên tố khác nhau).
Sự phân bố không đồng đều của lượng kim loại bò lấy đi trên bề
mặt gia công gây nên các thay đổi hình dáng của chi tiết. Trong
quá trình gia công điện hóa lượng kim loại bò lấy đi này cân bằng
với vận tốc hòa tan anot V
n
.
Hình Một số phương pháp cắt trong gia công điện hóa
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
Nguồn 1 chiều từ
2-30V
Chạy dao đều
Trao đổi
nhiệt
Lọ
c
Bơ
m
Chất
điện
phân
Cặn

Chi
tiết
Bảo vệ ngắn
mạch
Bàn máy
P vào

vàov
àovà
o
P ra
vàov
àovà
o
Cách điện
Van
chặn
4
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Xét một phần nhỏ bề mặt anot vời điện tích ∆A có dòng điện
chạy qua ∆I
Gọi ∆I
+
là cường độ dòng điện cần thiết cho sự hòa tan kim loại,
ta có tỷ số giữa ∆I
+
và ∆I được gọi là hiệu suất dòng của sự hòa tan
anot:
Hiệu suất dòng = ∆I
+

/ ∆I
(4.1)
Hiệu suất dòng phụ thuộc hoàn toàn vào vật liệu chi tiết, loại dung
dòch điện phân cũng như điều kiện gia công, cường độ dòng điện,
nhiệt độ và tốc độ chảy của dung dòch điện phân. Ngoài ra ta có thể
tính hiệu suất dòng bằng tỷ số của khối lượng thay đổi thực tế với
khối lượng kim loại bò lấy đi lý thuyết được tính bằng đònh luật
Faraday I.
Theo đònh luật Faraday I, khối lượng kim loại bò lấy đi ∆m được tính:
∆m = k. ∆I
+
.∆t
(4.2)
Từ ∆I
+
, từ công thức (4.1) và biểu diễn lượng kim loại bò hòa tan ∆ m
bằng độ dày của lớp vật liệu ∆h bò lấy đi khỏi bề mặt phần tử ∆A,
công thức (4.2) được viết lại:
p. ∆h. ∆A = .k. ∆I. ∆t
(4.3)
hay ∆h = ∆t
trong đó p
m
là tỷ trọng của vật liệu chi tiết.
Tốc độ hòa tan cần thiết có thể tính bằng:
V
n
= i
a
hay V

n
= K
v
i
a
(4.4)
trong đó i
a
= là mật độ dòng trên anot.
Số hạng K
v
= k/p là hệ số thể hiện khả năng gia công điện hóa và
bằng thể tích kim loại bò hòa tan khỏi anot trên đơn vò điện tích. Hệ
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
5
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
số K
v
chỉ có thể xác đònh bằng thực nghiệm bằng nhiều phương
pháp khác nhau. Các giá trò của K
v
cho các vật liệu khác nhau cho
bởi các bảng 4.2 và 4.3.
Bảng K
v
ở hiệu suất dòng 100% ( = 1)
Kim loại
Nguyên tử
lượng,
g

Hóa trò
Tỷ trọng
g/cm
3
K
v
ở hiệu suất dòng
100%, mm
3
/A,ph
(1) (2) (3) (4) (5)
Nhôm 26,98 3 2,71 2,06
Antimon 121,75 3
5
6,62 3,77
2,30
Asen 74,92 3
5
5.73 2,79
1,64
Berilli 9,012 2 1,86 1,5
Bismut 208,98 3
5
9,8 4,43
2,62
Catmi 112,40 2 8,67 4,1
Crôm 51,896 2
3
6
7,2 2,25

1,51
0,75
Coban 58,93 2
3
8,92 2,05
1,38
Niobi 92,906 3
4
5
8,59 2,16
1,69
1,34
Đồng 63,546 1
2
8,97 4,39
2,20
Germani 72,59 4 5,32 2,13
Vàng 196,967 1
3
19,33 6,40
2,13
Hafini 178,49 4 13,1 2,13
Indi 114,82 1
2
3
7,31 9,84
4,92
3,28
Iriđi 192,20 3
4

22,52 1,80
1,31
Sắt 55,847 2
3
7,86 2,21
1,47
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
6
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Chì 207,19 2
4
11,36 5,74
2,79
Magiê 24,312 2 1,75 4.43
Măngan 54,938 2
3
4
6
7
7,48 2,26
1,48
1,15
0,77
0,65
Molypđen 95,94 3
4
6
10,22 1,95
1,47
0,98

Niken 58,71 2
3
8,92 2,11
1,36
Osmi 109,20 2
3
4
8
2,58 2,62
1,64
1,31
0,66
Pali 106,40 2
4
6
12,02 2,79
1,31
0,98
Bạch kim 195,09 2
4
21,47 2,79
1,47
Rhenium 186,20 3
4
5
6
7
20,94 2,79
1,31
1,15

0,98
0,82
Ri 102,9 3 12,38 1,80
Bạc 107,9 1 10,50 6,39
Tantali 181 5 16,62 1,31
Tali 204,37 1
3
11,86 10,66
3,61
Thori 232,038 4 11,66 3,12
Thiếc 118,69 2
4
7,31 5,05
2,52
Titan 47,90 3
4
4,52 2,19
1,65
Tungsten 183,85 6
8
19,31 0,98
0,74
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
7
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Urani 238,03 4
6
19,09 1,92
1,29
Vani 50,95 3

5
6,09 1,74
1,05
Kẽm 65,37 2 7,15 2,85
Zirconi 91,22 4 6,48 2,13
Bảng Hệ số khả năng gia công điện hóa, giả đònh hiệu suất dòng
là 100%.
Hợp kim
K
v
ở hiệu suất dòng 100% ( = 1)
mm
3
/A.ph 1000 in
3
/A.ph
Thép 4340 2,18 0,133
17 -4 PH 2,02 0,12324
A -286 1,92 0,117139
M252 1,8 0,109818
Rene41 1,77 0,107988
Udimet 500 1,8 0,109818
Udimet 700 1,77 0,107988
L605 1,75 0,106768
Từ đònh luật Faraday chúng ta có thể xác đònh lượng kim loại bò lấy
đi (MRR, Q
v
) được đònh nghóa bằng lượng bò lấy đi trên một đơn vò
thời gian Q
v

= dm/dt:
Q
v
= K
v
.l
(4.5)
Lượng vật liệu bò lấy đi trong ECM phụ thuộc vào đặc tính điện hóa
của vật liệu (K
v
) và tỷ lệ với tổng dòng điện.
Năng lượng tiêu thụ của một quá trình ECM được xác đònh là năng
lượng cần thiết cho việc hòa tan một đơn vò thể tích vật liệu gia
công:
e =
dV
dE
Trong khoảng thời gian dt, lượng năng lượng tiêu thụ trong ECM: dE
= UIdt, và thể tích vật liệu bò hòa tan là dv = K
v
Idt, do đó:
e =
v
K
U
(4.6)
Hiệu suất dòng và K
v
phụ thuộc vào dung dòch điện phân và mật độ
dòng.

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
8
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Hình 4.7 và 4.8 mô tả hàm K
v
= K
v
(i), V
n
= V
n
(i) cho dung dòch điện
phân NaCl và NaNO
3
.
Từ đồ thò quan hệ V
n
và mật độ dòng i, chúng ta có thể thấy
rằng sử dụng dung dòch điện phân NaCl sẽ đạt được lượng kim loại
hòa tan cao hơn, nhưng độ chính xác hình dáng lại thấp hơn dung
dòch NaNO
3
.
Khi biết phân bố của vận tốc dòng chảy, V
n
trên anot là một hàm
của thời gian, quá trình hình thành của hình dáng bề mặt có thể mô
tả bằng nhiều cách phụ thuộc vào mô tả của bề mặt giả lập.
Xét một bề mặt anot được mô tả bởi hàm z = z
a

(x,y,z) trong hệ tọa
độ Đêcác (x,y,z) gắn với chi tiết (thường là tónh)
Độ dòch chuyển của điện cực dương theo hướng trục z được
thay thế bởi vận tốc:
V
z
=
t
Z
a
∂
∂
khai triển: V
z
=
),,cos(
),,(
tyx
tyxV
aa
aan
trong đó x
a
, y
a
, z = z
a
(x
a
, y

a
, t) là tọa độ của các điểm nằm trên anot
và là góc giữa các pháp tuyến bề mặt anot n
a
và trục z.
n
a
= (
x
z
a
∂
∂
,
y
z
a
∂
∂
, -1)
cos a =
22
)()(1
1
y
z
x
z
aa
∂

∂
+
∂
∂
+
(4.7)
Thay thế vận tốc phân bố V
z
vào trong công thức (4.7) ta được công
thức tạo hình điện hóa trong hệ tọa độ Đêcác:
t
z
a
∂
∂
= K
v
.i
a
(x
a
, y
a
, t)
22
)()(1
y
z
x
z

aa
∂
∂
+
∂
∂
+
(4.8)
Xét trường hợp khi bề mặt anot được mô tả bởi hàm ẩn:
F(x,y,z,t) = 0
Đạo hàm hàm ẩn:
dt
dz
z
f
dt
dy
y
f
dt
dx
x
f
t
f
dt
Df

∂
∂

+
∂
∂
+
∂
∂
+
∂
∂
=
= 0
Gradien hàm F:
∆
F = grapF =
k
t
f
j
y
f
i
x
f
∂
∂
+
∂
∂
+
∂

∂
Ta có:
dt
dx
= V
x
,
dt
dy
= V
y
,
dt
dz
= V
z
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
9
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
là các thành phần của vectơ vận tốc hòa tan V
n
:
+
∂
∂
t
f
(
n
V

,
f∆
)= 0
(4.9)
Theo công thức (4.7), chúng ta có:
n
V
aav
niK
(4.10)
trong đó
f
f
n
a
∆
∆
=
= là vectơ pháp đơn vò của bề mặt.
Thay thế công thức (4.10) vào công thức (4.9) và đơn giản , ta
được:
+
∂
∂
t
f
K
v
i
a

f∆

= 0 (4.11)
Công thức (4.11) và (4.10) mô tả quá trình phát triển của bề mặt chi
tiết cho tất cả các PPGC điện hóa.
Để giải bài toán này ta cần thiết phải biết điều kiện ban đầu và sự
phân bố mật độ dòng i
a
(x
a
, y
a
, t) ở anot trong suốt quá trình gia
công.
Điều kiện ban đầu là:
z = z
o
(x, y, 0) hay F
o
(x,y,0)=0
trong đó z
o
và F
o
là hình dạng của bề mặt trước khi gia công.
4. Cơ sở lý thuyết :
1)
Đònh
lu
ật

1 Faraday :
m = KIt/F
- Trong đó : m - Lượng kim loại hoà tan (g); I - Cường độ
dòng điện (ampe); t - thời gian (giờ); F - hằng số Faraday, và
là điện lượng cần thiết để hoà tan 1 đương lượng gam của kim
loạiF = 96496 colomb ; K - đương lượng điện hoá tức khối lượng
của chất (tính bằng mg) được giải phóng khi có 1 điện lượng
colomb đi qua dd điện phân.
2)
Đònh
lu
ật
2 Faraday :
- Các đương lượng điện hoá tỉ lệ với đương lượng gam của các
chất được giải phóng trong quá trình điện phân. Đương lượng
gam bằng tỉ số giữa trọng lượng nguyên tử A và hoá trò n.
Vậy : K =(1/F). (A/n) với đơn vò ; [K] = g/A.s ;g/A.ph ;
mm3/A.s ; mm/A.s
- Công thức của đònh luật hợp nhất :
m = (1/F). (A/n) . It = K.I.t
- Trong thực tế khi gia công kim loại không tinh khiết hoặc các
hợp kim của chúng gồm nhiều hợp chất khác nhau (ví dụ thép
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
10
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
hợp kim) thì đương lượng điện hoá của chúng được xác đònh 1
cách tương đối theo các thành phần hợp kim .
5. Máy và dụng cụ gia công :
1) Điện cực dụng cụ – catod :
- Vật liệu chế tạo điện cực phải được chế tạo bằng các kim

loại có tính dẫn điện cao, độ bền chống rỉ tốt, điển hình như
thép không rỉ, thép chòu nhiệt, hợp kim titan, grafit, . . .
- Để tạo biến dạng của dụng cụ có thể sử dụng các
phương pháp sau : gia công cắt gọt đúc chính xác, mạ chất
dẻo, phun kim loại.
2) Dung dòch điện phân :
- Vai trò quan trọng của dung dòch điện phân là tạo sự di
chuyển của các tia lửa điện bằng các ion giữa các anod và
catod. Ngoài ra các ion của dd điện phân còn tham gia tích cực
vào các phản ứng điện cực. Dung dòch điện phân được sử
dụng để hoà tan liên tục kim loại của chi tiết (anod) do đó thành
phần của nó phải được chọn đúng để tránh khả năng tạo các
chất không hoà tan gây ra sự trơ hoá bề mặt của chi tiết. Vì
vậy sự tồn tại của các ion hoặc các nhóm ion trong dd điện phân
phụ thuộc vào các tính chất của nó.
6. Các thông số và khả năng công nghệ :
1) Năng suất gia công :
- Năng suất gia công được tính bằng lượng nguyên liệu
được lấy đi trong 1 đơn vò thời gian (cm3/phút) và tỉ lệ thuận
với cường độ dòng điện. Như đã xác đònh theo đònh luật
Faraday, tốc độ tiến của điện cực cũng ảnh hưởng đến năng
suất. Tốc độ này là hằng số với dd điện phân thường dùng là
NACL, KCL, và NANO3 và nhiệt độ dung dòch từ 90÷1250C.
- Ngoài ra còn các yếu tố như điện áp, khả năng dẫn điện
của dung dòch điện phân, vật liệu làm điện cực cũng ảnh
hưởng đến năng suất gia công.
- Trên hình 4.3 trình bày mối quan hệ với mật độ dòng điện
và khe hở giữa dụng cụ và chi tiết. Khe hở này thường có giá trò
từ 0,075÷0,75 mm, giá trò mật độ thường là 2,32 đến 3,1
A/mm2 (1500÷2000 A/inch2) và tốc độ bóc vật liệu tương ứng

là 16,38 mm3/phút/1000A.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
11
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
2) Độ chính xác gia công :
- Trong quá trình gia công, giữa vật gia công và mặt đầu
của điện cực tồn tại khe hở (h).
- Trong trường hợp khoan lỗ cụt, thì nó có ảnh hưởng tới
độ chính xác và độ sâu của lỗ. Với tốc độ tiến không đổi của
điện
cực, thì khe hở là hàm số của điện áp : e =
U
x
k
δ

Mối quan hệ giữa khe hở gia công, tốc độ tiến và
mật độ dòng điện
- Trong thực tế quan hệ đó thay đổi theo đồ thò hình 4.4.
- Có thể thấy rằng đồ thò không phải là đường thẳng
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
12
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
do ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau (như dòng chảy).
Có thể rút ra kết luận rằng, bằng cách nâng tốc độ tiến điện
cực thì có thể giảm sai số của khe hở, tức là giảm sai số gia
công, thậm chí có thể nâng điện áp lên thì sẽ làm khe hở trở
nên không đổi.
- Dòng điện không những chỉ đi qua khe hở mặt đầu, mà cả ở
khe hở giữa thành trong của lỗ với mặt bao quanh điện cực. Ở

khe hở này thì tác dụng điện hoá của dòng điện xảy ra chậm
hơn. Tốc độ hoà tan tỉ lệ nghòch với khoảng cách giữa các bề
mặt của điện cực. Do đó trường hợp gia công lỗ bằng điện cực
hình trụ thì đường sinh của lỗ có dạng parabol.
Hình 4.4 :
Quan hệ giữa điện áp và khoảng cách mặt đầu ( Eh ) của
điện cực với tốc độ tiến điện cực (e) khác nhau
( Nguyên
vật liệu gia công : thép C45 K=2,2 mm3/A. min)
Hình 4.5 :
Hình dạng của lỗ gia công bằng điện hóa.
e: Tốc độ tiến cực.
e : Khe hở điện cực.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
13
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
h: Khe hở mặt đầu.
- Kích thước của khe hở trên sẽ là hàm số của độ sâu lỗ
như đã trình bày ở hình dưới đây :
Hình 4.6 :
Quan hệ giữa khe hở ( e ) với độ sâu của lỗ (h) với
các tốc độ tiến điện cực (e) khác nhau.
- Ở đây cũng nhận thấy rằng nếu tăng tốc độ tiến cực thì có
thể làm giảm sai số hình dạng. Sai số hình dạng có thể hạn chế
bằng cách tạo hình điện cực một cách phù hợp. Nếu bọc cách
điện ở chung quanh cho đến cạnh của mặt đầu thì có thể ngăn
chặn sự hoà tan ở mặt bên, lỗ sẽ có đường sinh song song.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
14
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG

Hình dạng điện cực phổ biến như trên hình 4.7, ở đó, đường
kính ngoài của ống nhựa cách điện phải nhỏ để không ngăn
cản sự lưu thông của dung dòch. Bán kính vê tròn chu vi ngoài
của mặt đầu chỉ là 0,13 - 0,18 mm
- Mặt đáy của lỗ không bao giờ bằng phẳng, mà có ụ nổi
lên, nếu ta muốn làm nhẵn thì cần có một bước gia công riêng.
Hình 4.7 :
Hình dạng của lỗ được gia công diện hoá bằng điện
cực bọc cách điện mặt bao quanh.
a: Vật gia công
b: Dung dòch diện phân
c: Điện cực
d: Lớp cách điện
e: Hướng tiến điện cực
- Trường hợp gia công lỗ có tiết diện thay đổi, thì không
dùng được điện cực có vỏ cách điện. Ở đây khoảng cách điện
cực phụ thuộc rất nhiều vào thông số hình học và các thông số
khác, do đó trong thực tế không thể chuẩn bò trước một điện
cực được tạo hình theo đúng kích thước và hình dáng của lỗ
cần gia công. Bằng thực nghiệm người ta tạo hình điện cực
phù hợp. Phương pháp này khá tốn kém, do đó chỉ có trong sản
xuất hàng loạt thì mới có hiệu quả kinh tế. Điện cực không
mòn, có thể dùng để gia công nhiều lần, độ chính xác của lỗ
có thể đảm bảo được 0,02 mm.
- Muốn bảo đảm đạt độ chính xác kích thước cao người ta
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
15
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
thường lọc sạch dung dòch trong quá trình gia công.
3) Chất lượng bề mặt :

- Độ bóng bề mặt khi gia công bằng điện hoá được hình
thành rất tốt. Nếu tăng tốc độ tiến của diện cực và tăng cường
độ dòng điện sẽ làm giảm độ nhấp nhô của bề mặt, như vậy
độ bóng bề mặt rất tốt khi được gia công với công suất lớn. Đặc
biệt là thép austenit. Với thép cacbon thì bề mặt thô hơn (Rmax
= 5÷10
µ
m). Bề mặt sau khi gia công có thể đánh bóng đạt
Rmax <1
µ
m với thép không rỉ, chòu nhiệt và chòu mài mòn. Vật
liệu sau khi gia công vẫn giữ được tính chất của nó, không có sự
thay đổi trong cấu trúc, không có ứng suất dư và biến cứng bề
mặt.
7. phạm vi ứng dụng :
- Lượng phoi lấy đi không phụ thuộc vào các tính chất cơ
học của kim loại. Công nghệ này có tính kinh tế cao trong
trường hợp ứng dụng để gia công các vật liệu cứng, khó cắt
gọt. Trừ một số kim loại hiếm, còn tất cả kim loại khác đều
có thể gia công bằng công nghệ này. Cacbon có tác dụng
kiềm chế hiện tượng điện hoá, do đó thép có thành phần
cacbon cao thì ít có khả năng gia công bằng công nghệ này.
Gang thì đặc biệt khó gia công vì có hạt grafit. Tương tự
như vậy với carbide của titan và wolfram. Do đó nói chung
không gia công điện hoá các hợp kim cứng.
- Công suất trung bình thì có giới hạn. Còn lượng phoi lấy
được thì không, nó tăng khi bề mặt tăng, vì vậy gia công bề
mặt lớn thì có tính kinh tế cao. Khoan sâu bằng điện hoá ngày
càng được thực hiện với thiết bò có năng suất lấy phoi càng
lớn. Hiện nay đã có thiết bò 20.000 A với năng suất lấy phoi 33

cm3/ph, tốc độ tiến điện cực là 12mm/phút và mật độ dòng
điện 800 A/cm2, loại thiết bò này có kích thước lớn và cứng
vững, vì áp suất của dung dòch điện phân lên đến 10-24 atm,
lực tác dụng lên bề mặt vô cùng lớn
- Độ chính xác gia công lỗ rỗng là 0,02-0,03 mm, độ nhẵn
bề mặt đạt Ramax = 0, 03
µ
m. Một phạm vi ứng dụng đặc
trưng là gia công lỗ nhỏ, từ 0,3 mm.
- Phổ biến nhất là dùng gia công tạo hình không gian phức
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
16
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
tạp bằng thép chòu nhiệt, chòu mài mòn và thép không rỉ. Ví dụ
đặc trưng là gia công cánh tuabin.
- Hai diện cực gia công với tốc độ tiến cực e = 0,18mm/phút,
cùng tiến đồng thời, và việc gia công chỉ mất 5-10 phút. Trên
máy mài thì thao tác này phải mất gần một giờ.
- Một trường hợp ứng dụng đặc biệt là : điện cực gia công là
một ống, được uốn theo qui đònh, tiến theo một hướng nhất
đònh, để tạo hình mà không cần làm mòn hết cả khoảng thể
tích vật liệu cần phải lấy đi. Điện cực là một ống có sẻ rãnh.
Phương pháp này có thể gia công một cách chính xác những
vật quay đối xứng (vật gia công quay hay điện cực quay),
phương pháp này gọi là tiện mài bóng, ứng dụng rất thích hợp
để gia công van hình cầu, các rãnh vành khăn . . .
- Trong những năm gần đây, công nghệ điện hoá chiếm lónh
việc gia công lỗ sâu, kích thước đường kính nhỏ, nhưng chỉ kinh
tế trong sản xuất hàng loạt, đòi hỏi thiết bò có sản lượng lớn.
- Công nghệ điện hoá ngày nay được áp dụng phổ biến ở các

nước phương tây. Tuy nhiên cũng có nhược điểm là chi phí lớn
cho điện cực, máy lớn có giá trò rất cao. Trường hợp gia công
với sản lượng trung bình thì không đủ sức cạnh tranh với cắt gọt
thông thường.
8. các phương pháp gia công điện hóa :
1) Mài điện hóa :
- Mài điện hoá là dạng đặc biệt của phương pháp gia công
điện hoá trong đó đá mài quay (catod) là một đóa mài hình
vành khăn dẫn điện có gắn các hạt kim cương, hoặc carbid
silic hoặc cô ranh đông, được dùng đễ tăng cường sự hoà tan
của bề mặt kim loại gia công (anod). Vật liệu dùng cho mài điện
hoá là oxít nhôm và kim cương. Vật liệu kết dính hoặc là kim loại
(cho hạt mài kim cương) hoặc là nhựa trộn với các hạt kim loại
để tạo thành chất dẫn điện (cho oxít nhôm). Các hạt mài nhô ra
từ đá mài tiếp xúc với chi tiết gia công hình thành nên khe hở
trong mài điện hoá. Tác dụng cọ xát của những hạt mài của đóa
mài ngăn cản quá trình tự kiềm chế của anod. Dòng dung dòch
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
17
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
điện phân đi qua khe hở giữa các hạt mài để thực hiện chức
năng của nó.
- Những hạt mài có hai nhiệm vụ song hành. Một mặt
chúng là những hạt cách điện, và quyết đònh kích thước của
khe hở (0,02-0,08 mm), bảo đảm sự lưu thông của dung dòch
điện phân và loại trừ khả năng bò ngắn mạch, mặc khác chúng
đẩy ra khỏi dung dòch điện phân lượng vật liệu đã bò bóc đi và
lớp còn bám trên vật gia công. Điều rất quan trọng là sự lấy
phoi là kết quả của quá trình điện hoá, và tác dụng mài bóng ở
đây chưa phải là quyết đònh.

Hình 4.8 : Nguyên lý gia công mài điện hóa
- Phương pháp có năng suất cao gấp 2 lần so với phương
pháp mài thông thường. Có hai phương pháp mài bằng điện
hóa :
+ Dùng đá mài dẫn điện.
+ Dùng đá mài trung tính (không dẫn điện).
- Trong trường hợp thứ nhất người ta dùng đá mài dẫn
điện. Năng suất gia công của phương pháp có thể đạt 1000
mm3/phút. Độ chính xác của kích thước gia công đạt cấp 2, còn
độ bóng bề mặt gia công đạt cấp 7-8, đôi khi cấp 10-12 (khi
lượng dư gia công 0,01-0,05 mm). Ưu điểm của phương pháp : có
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
18
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
khả năng mài được bất kỳ kim loại nào, không phụ thuộc vào
độ cứng hay độ dẻo và không có phóng điện hồ quang hay tia
lửa điện. Nhược điểm của phương pháp : mật độ dòng điện lớn
đòi hỏi phải có công suất nguồn điện lớn và tiêu hao chất
điện phân lớn. Phương pháp này được dùng để mài rãnh thoát
phoi trên các dụng cụ hợp kim cứng và mài nhiều loại chi tiết
Hình 4.9 :
Sơ đồ mài điện hóa bằng đá mài
trung tính.
1 - Đá mài không dẫn điện
2 - Chi tiết gia công (cực dương)
3 - Ống cực âm
- Hình 4.9 là sơ đồ mài điện hoá bằng đá mài trung tính (đá
mài không dẫn điện). Chất điện phân chảy qua ống 3 tới bề mặt
của chi tiết 2. Đá mài trung tính 1 chỉ có nhiệm vụ tách những hạt
nhỏ kim loại tạo ra do phản ứng điện hoá từ bề mặt chi tiếc gia

công. Quá trình mài được tiến hành với chế độ sau đây : áp lực
riêng của đá trong khoảng 0,5-5 kG/cm2, mật độ dòng điện 0,5-
1,2 a/cm2, tốc độ vòng của đá mài 20-30 m/giây. Độ chính xác
của phương pháp đạt cấp 2 và độ bóng bề mặt đạt cấp 8-9.
Phương pháp này được dùng chủ yếu để mài mặt ngoài và để
mài khuôn lỗ. Phương pháp cũng có những ưu, nhược điểm
như mài bằng đá dẫn điện, nhưng chi phí đá mài thấp hơn và
không đòi hỏi phải có cường độ dòng điện mạnh.
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
19
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
- Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu sử dụng để
mài sắc hợp kim cứng. Hợp kim cứng là một hỗn hợp không
đồng nhất, mà các thành phần có trạng thái khác nhau đối với
quá trình điện hoá chất coban hoà tan và cho ra hai electron.
Co – 2e- = Cc++
- Các loại carbid kim loại (WC, TiC) trước tiên hoà tan thành
acid kim loại và chỉ sau đó mới hoà tan từ anod.
WC + 4H2O – 8e- = WO3 + CO + 4H2
TiC + 3H2O – 6e- = TiO2 + CO + 3H2
- Tốc độ hoà tan của ba thành phần chính này khác nhau.
Coban hoà tan mạnh nhất, còn TiC thì hoà tan chậm nhất.
- Cần có nguồn điện đặc biệt, vì sự dao động của điện áp và
dòng điện ảnh hưởng rất lớn đến quá trình mài. Điện áp và
cường độ dòng điện không được vượt quá trò số cực đại
của điện áp và cường độ dòng điện. Như hình dưới đây cho
thấy cần phải thay đổi như thế nào các thông số công nghệ khi
tăng bề mặt gia công.
Hình 4.10 :
Đặc tính dòng điện – điện áp của quá trình mài bằng điện phân

- Dùng một loại máy phát đặc biệt, với hệ thống phản hồi
sự biến đổi điện áp và dòng điện để máy có thể tự điều chỉnh.

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
20
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
Sơ đồ máy phát dùng cho mài điện phân
T : Máy biến thế; E : Chỉnh lưu; R : Bộ phận điều
chỉnh;
S : Các phần tử làm bằng phẳng sóng nhấp nhô.
- Đặc điểm chung :
+ Năng suất cao.
+ Các thông số về chất lượng của bề mặt được mài : Độ
bóng bề mặt khi mài bằng điện phân rất tốt. Độ nhám có thể
đạt tới Ra = 0,04
µ
m. Hiện tượng điện hoá đóng vai trò chính
yếu. Do đó trên bề mặt gia công không có những đường gân
nằm theo hướng tiến của điện cực gia công. Các hạt trên bề
mặt vẫn còn nguyên. Độ bóng rất ít phụ thuộc vào độ lớn của
hạt mài.
+ Các thông số khác của lớp bề mặt giống như ở trường
hợp gia công điện hoá. Ở đây không có tổn hao nhiệt nhiều,
cũng không có biến đổi trong cấu trúc tế vi và cũng không
thấy có hiện tượng hóa cứng bề mặt cũng như không có ứng
suất dư bên trong. Do không có ứng suất dư, nên điều này rất
thuận lợi cho việc gia công hợp kim cứng, có thể tránh được
hiện tượng rạn nứt khi mài.
+ Đá mòn tương đối nhiều, trung bình khoảng 10÷15 %
thể tích kim loại bò tách ra khỏi vật gia công.

PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
21
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
+ Mật độ dòng điện trên mặt gia công thấp và do
không cò sự tiếp xúc của kim loại với nhau nên ít bò đốt nóng và
đốt cháy.
+ Điện áp thấp.
+ Độ chính xác về hình dáng hoàn toàn phụ thuộc vào độ
chính xác của đóa mài. Thông thường người ta áp chặt vật gia
công vào mặt đầu của đóa, nhờ có bàn toạ độ mà có thể làm
chuyển động vật gia công, và bảo đảm độ chính xác gia công
là 0,01 mm.
- Phạm vi ứng dụng và tính kinh tế :
+ Phương pháp mài bằng điện phân chủ yếu ứng dụng mài sắc
các dụng cụ bằng hợp kim cứng, thỉnh thoảng chúng ta thấy ứng
dụng trong mài mặt đầu, mặt phẳng hoặc mặt bao quanh có vật
liệu bằng vật liệu khó cắt gọt. Gần đây người ta đang thử
nghiệm thành công việc mài khuôn mặt trụ trong bằng mài
điện phân.
+ Năng suất mài bằng điện phân hợp kim cứng cao hơn
nhiều lần so với mài thông thường. Hình sau so sánh giữa mài
thông thường mài kim cương và mài điện phân về độ bóng bề
mặt và năng suất lấy phoi.
+ Nó cũng có nhược điểm là thiết bò đắt tiền hơn, tuy
nhiên nhìn tổng hợp thì ưu điểm vẫn trội hơn. Đây là phương
pháp tiên tiến hàng đầu để mài sắc dụng cụ từ hợp kim cứng
rẻ nhất và chất lượng cao nhất.
+ Sử dụng trong phương pháp mài khôn điện hóa, mact dù giá
thành thiết bò cao nhưng phương pháp gia công này nhanh gấp
5 lần phương pháp mài khôn truyền thống, và được sử dụng chủ

yếu trong gia công hoàn tất bề mặt trong của xilanh.
2) Đánh bóng điện hóa :
- Là phương pháp bổ sung cho gia công điện hóa. Mục đích
của đánh bóng điện hóa không phải là lấy phoi mà là đánh
bóng bề mặt. Tất nhiên có lấy đi một chút ít nguyên liệu.
Khác với các phương pháp gia công điện hóa khác, ở
đây khoảng cách điện cực lớn hơn, hình dáng của vật liệu gia
công sẽ không hình thành giống như của điện cực làm dụng cụ
gia công, điện cực không chuyển động trong quá trình gia công,
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
22
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
mật độ di chuyển của dòng điện thấp hơn và tốc độ di chuyển
của chất điện phân thấp hơn nhiều, tốc độ bóc vật liệu cũng
giảm.
- Trong phương pháp đánh bóng điện hoá vật gia công
(anod) và điện cực dương (catod) được nhúng vào dung
dòch một cách độc lập nhau. Khi có dòng điện đi qua thì sự
hoà tan anod bắt đầu, dòng điện tập trung ở những điểm
nhô lên, còn chổ lõm là màn muối mỏng từ dung dòch điện
phân tách ra
- Nguyên lý đánh bóng điện hóa : Chi tiết gia công 2 được
đặt trong bể chứa chất điện phân 1. Khi nối nguồn điện 5
với dụng cụ 3 và chi tiết gia công 2, đỉnh và đáy nhấp nhô
4, 6 dần dần được san phẳng. Ta thấy các đường lực do điện
cực tạo ra đều tập trung hướng vào các đỉnh nhấp nhô 4,
do đó các đỉnh này được san phẳng nhanh hơn các đáy 6.
Độ bóng bề mặt gia
công có thể đạt cấp 12-13.
Hình 4.14 :

Sơ đồ đánh bóng điện hóa.
1) Chất điện phân
2) Chi tiết gia công
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
23
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
3) Điện cực dụng cụ
4,6) Đỉnh nhấp nhô trên bề mặt phôi
5) Nguồn điện.
- Ngoài các yếu tố trên, còn có những yếu tố khác cũng ảnh
hưởng đến quá trình gia công như : vật liệu của vật cần
đánh
bóng,
thành phần dung dòch điện phân, điện áp giữa catod và
anod.
- Với phương pháp đánh bóng bằng phương pháp điện hóa,
có thể đánh bóng các vật liệu bằng thép cacbon, thép hợp kim,
đồng, đồng thau, thiếc, nhôm, niken .v.v. Tất nhiên với các dung
dòch điện phân khác nhau. Để đánh bóng thép thì dung dòch
65% acid photphoric, 15% acid nitric, 6% carbid crôm, và 14%
nước. Thông thường dùng dung dòch có nồng độ đậm. Sau khi
đã thành thạo, hiểu kó các tính chất của dung dòch, thì hãy
dùng dung dòch đó. Khi dùng thử dung dòch thì cho dẫn qua dung
dòch một dòng điện 12 A.giờ/lít. Nhiệt độ tối ưu của dung dòch là
700C để đánh bóng 1 dm2 thì dùng một lít
dung dòch qua 6 giờ, sau đó bổ sung để phục hồi dung dòch.
- Đánh bóng điện hóa không ứng dụng để sửa chữa các
bề mặt quá ghồ ghề. Độ ghồ ghề được giảm nhiều lắm cũng
chỉ được 3-4 cấp. Đánh bóng điện hóa bề mặt thô dù có tiến
hành trong thời gian dài cũng không làm mất đi những vết rạn

nhỏ li ti và những nhấp nhô trên đó.
- Nếu sau khi đánh bóng bằng phương pháp thông thường
mà tiến hành đánh bóng bằng điện phân, thì bề mặt có khả
năng chòu ăn mòn tốt và có ứng suất chòu mỏi tốt, hệ số ma sát
giảm mà không gây tác hại nào trên bề mặt. Có thể dùng
phương pháp quang học (phản chiếu và giao thoa) để kiểm tra
độ bóng.
- Để có thể gia công đánh bóng bằng điện phân, bề mặt
phải thật sạch, không có dầu mỡ, và chỉ như vậy mới gia công
được. Phương pháp đánh bóng điện hóa tiến hành theo qui
trình như sau :
+ Làm sạch mỡ trên mặt gia công.
+ Làm kho
+ Phủ bằng nhựa perclorvinil trên các bề mặt không
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
24
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG
đánh bóng
+ Đánh bóng bằng điện phân.
+ Làm sạch dung dòch điện phân còn dư trên bề mặt gia
công bằng dung dòch trung hoà.
+ Làm sạch bằng nước lạnh.
+ Trung hoà bằng dung dòch 3% natri cacbonat.
+ Làm sạch bằng nước nóng đang chảy.
+ Lưu ý : lấy vật gia công ra khỏi dd điện phân khi vẫn còn
điện áp , nếu không bề mặt sẽ bò đen
- Khoảng cách giữa vật gia công và điện cực là khá lớn.
Sự hoà tan nguyên liệu xảy ra trên mọi điểm của bề mặt,
nhưng ở trên cạnh thì nhiều hơn. Cực catod cần có hình dạng
sao cho điện trường phân bố đồng nhất. Vật liệu điện cực

catod thường là chì.
- Hình sau có thể thấy điện cực catod và vật gia công có
hình dạng mặt phẳng :
Cách đặt điện cực khi đánh bóng mặt phẳng
B: catod. C: Vật gia công
- Có thể gia công hàng loạt những vật nhỏ, tốc độ của
băng chuyền có thể điều chỉnh sao cho thời gian đã qua dung
PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG MỚI TỔ 4
25